エナミン機構に基づく有機分子触媒反応：高性能触媒の開発

• Project Area: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts
• Project/Area Number: 24105535
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University
• Principal Investigator: 田中 富士枝 沖縄科学技術大学院大学, 生体制御分子創製化学ユニット, 准教授 (50260203)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2013: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 有機分子触媒 / 有機合成 / 合成化学 / 不斉合成 / エナミン / アミン / 環化反応 / スピロ化合物

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、窒素の特性を生かし、エナミン機構に基づき反応を加速する不斉有機分子触媒を設計、創製すると共に、それらを用いる反応法を開発することを提案した。生物活性分子や生命機能解明に用いる機能性分子の開発のためには、生体分子と相互作用するための構造単位として、酸素や窒素を含む官能基、ヘテロ環等を含む多様な分子を合成することが必要である。本研究では、多様な置換基や官能基を有する一連の化合物を、穏和な条件下、簡単に、短工程で合成する方法を開発することを検討した。特に、アミンを触媒とし、反応系中でエナミンを生成することを鍵とし結合生成反応を加速する反応およびその触媒の開発、および、高活性触媒を得るための戦略の開発について検討した。
１．エノンとイサチンの不斉ヘテロディールスアルダー反応の開発
テトラヒドロピラノン構造およびスピロオキシインドール構造は、生物活性を示す分子やその合成中間体によく見られる構造であり、これらを組み合わせた分子骨格上に、種々の置換基や官能基を配置した分子群は、生物活性等を示す分子を探索、開発する上で有用であると期待される。本課題実施１年目に開発した、反応系中、エノンからエナミンを生成させ、これをジエン成分とし、イサチンとの反応により、高ジアステレオおよび高エナンチオ選択的にテトラヒドロピラノン環を構築することにより、スピロオキシインドール誘導体を合成する方法について、反応進行および立体選択性の発現に重要である因子を明らかにする検討を行なった。
２．エノンを原料とする3-アシルピロール誘導体の合成反応の開発
3-アシルピロールも生物活性を示す分子やその合成中間体によく見られる構造である。エノンへのアミン誘導体のアザマイケル反応によるC-N結合生成、引き続くC-C結合生成、そして酸化反により、多置換3-アシルピロール誘導体をワンポットで合成する反応を開発した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Aldol reactions of 1,2-diketones catalyzed by amines to afford furanose derivatives (2015)
  • Author(s): Jithender, E.; Katsuyama, I.; Zhang, D.; Johnson, S.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 56 Issue: 5 Pages: 735-738
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.12.094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 高性能アミン触媒システムの開発：求核剤および親電子剤となる分子の反応の制御 (2015)
  • Author(s): 田中富士枝
  • Journal Title: 有機分子触媒による未来型分子変換 News Letter Volume: -
• [Journal Article] Synthesis of furanose spirooxindoles via 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU)-catalyzed aldol reactions of a pyruvic aldehyde derivative (2014)
  • Author(s): Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Asian J. Org. Chem. Volume: 3 Issue: 4 Pages: 391-394
  • DOI: 10.1002/ajoc.201400016
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] One-pot synthesis of polysubstituted 3-acylpyrroles by cooperative catalysis (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Org. Biomol. Chem. Volume: 12 Issue: 31 Pages: 5822-5826
  • DOI: 10.1039/c4ob01019a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reactions of pyruvates: organocatalytic synthesis of functionalized dihydropyrans in one pot and further transformations to functionalized carbocycles and heterocycles (2014)
  • Author(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Chem. Commun. Volume: 50 Issue: 94 Pages: 14881-14884
  • DOI: 10.1039/c4cc06035k
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Fluorogenic probes for aldol reactions: Tuning of fluorescence using π-conjugation systems (2014)
  • Author(s): Katsuyama, I.; Chouthaiwale, P. V.; Akama, H.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Tetrahedron Lett. Volume: 55 Issue: 1 Pages: 74-78
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2013.10.122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorogenic aldehydes bearing arylethynyl groups: turn-on aldol reaction sensors for evaluation of organocatalysis in DMSO (2014)
  • Author(s): Mase, N.; Ando, T.; Shibagaki, F.; Sugita, A.; Narumi, T.; Toda, M.; Watanabe, N.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 55 (11) Issue: 11 Pages: 1946-1948
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.02.007
  • NAID: 120005441930
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Substituent-dependent reactivity in aldehyde transformations: 4-(phenylethynyl)benzaldehydes versus simple benzaldehydes (2013)
  • Author(s): Katsuyama, I.; Chouthaiwale, P. V.; Cui, H.-L.; Ito, Y.; Sando, A.; Tokiwa, H.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Tetrahedron Volume: 69 Issue: 20 Pages: 4098-4104
  • DOI: 10.1016/j.tet.2013.03.056
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic enantioselective formal hetero-Diels-Alder reactions of enones with isatins to give spirooxindole tetrahydropyranones (2013)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 19 Issue: 20 Pages: 6213-6216
  • DOI: 10.1002/chem.201300595
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fluorogenic probes for chemical transformations: 9-anthracene derivatives for monitoring reaction progress by an increase in fluorescence (2013)
  • Author(s): Mase, N.; Takabe, K.; Tanaka, F.
  • Journal Title: Tetrahedron Letters Volume: 54 Issue: 32 Pages: 4306-4308
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2013.06.010
  • NAID: 120005349329
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 官能基化された分子の合成と触媒開発戦略 (2013)
  • Author(s): 田中富士枝
  • Journal Title: 有機分子触媒による未来型分子変換 News Letter Volume: -
• [Presentation] Cooperative catalysis: synthesis of 3-acylpyrroles and 2,5-dihydropyrroles via aza-Michael-alkyne carbocyclization cascade from enones and propargylamines (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Asymmetric formal oxa-Diels-Alder reaction catalyzed by amine-based catalysts affording functionalized spirooxindole tetrahydropyrans (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Organocatalytic aldol reactions of C6 pyranoses to synthesize C9 sugars (2014)
  • Author(s): Johnson, S.; Tanaka, F.
  • Organizer: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] β-Proline-catalyzed reactions of pyruvates to synthesize functionalized molecules (2014)
  • Author(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Organizer: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions (2014)
  • Author(s): Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.;Tanaka, F.
  • Organizer: 平成26年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] β-Proline-catalyzed reactions of pyruvates to synthesize functionalized molecules (2014)
  • Author(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Organizer: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 2nd International Conference and 7th Symposium on organocatalysis
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2014-11-21 – 2014-11-22
• [Presentation] Asymmetric formal oxa-Diels Alder reaction catalyzed by amine-based catalysts affording functionalized spirooxindole tetrahydropyrans (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: The 14th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • Place of Presentation: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [Presentation] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions (2014)
  • Author(s): Zhang, D. Johnson, S., Cui, H.; Tanaka, F.
  • Organizer: The 14th Belgian Organic Synthesis Symposium
  • Place of Presentation: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [Presentation] 不斉ヘテロ-ディールス-アルダー反応：スピロ置換オキシインドール基を有するテトラヒドロピラノン誘導体の合成 (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; 田中富士枝
  • Organizer: 文科省新学術領域研究•がん支援「化学療法基盤支援活動」第３回シンポジウム アカデミアからの抗がん剤創薬に向けて天然物の有効利用
  • Place of Presentation: 名護市、沖縄県
  • Year and Date: 2014-05-12
• [Presentation] Cooperative catalysis: synthesis of 3-acylpyrroles and 2,5-dihydropyrroles via aza-Michael-alkyne carbocyclization cascade from enones and propargylamines (2014)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] Organocatalytic aldol reactions of C6 pyranoses to synthesize C9 sugars (2014)
  • Author(s): Johnson, S.; Tanaka, F.
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] Synthesis of spirooxindole furanose derivatives via DBU-catalyzed aldol reactions of pyruvic aldehyde dimethyl acetal (2014)
  • Author(s): Zhang, D.; Johnson, S.; Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本市
  • Year and Date: 2014-03-27 – 2014-03-30
• [Presentation] 生物活性分子探索を指向する糖骨格関連構造を有する分子の合成 (2013)
  • Author(s): 田中富士枝
  • Organizer: 平成25年度「知的クラスター形成に向けた研究拠点構築事業」シンポジウム
  • Place of Presentation: 那覇市
  • Year and Date: 2013-12-19
• [Presentation] Amino acid-catalyzed reactions of pyruvates: One-pot aldol condensation-Michael addition-cyclization sequence (2013)
  • Author(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Organizer: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 1st International Conference & 6th Symposium on organocatalysis
  • Place of Presentation: Otsu, Japan
  • Year and Date: 2013-05-27 – 2013-05-28
• [Presentation] Catalytic enantioselective formal hetero-Diels-Alder reactions of enoneswith isatins to give spirooxindole tetrahydropyranones (2013)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: Advanced Molecular Transformations by Organocatalysts 1st International Conference & 6th Symposium on organocatalysis
  • Place of Presentation: Otsu, Japan
  • Year and Date: 2013-05-27 – 2013-05-28
• [Presentation] Enantioselective formal cycloadditions catalyzed by amine-based catalysts that afford functionalized tetrahydropyranones (2013)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: 日本薬学会第133年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Enamine-Based Catalysis: Synthesis of Amino Acids and Sugars (2012)
  • Author(s): Tanaka, F.
  • Organizer: The Second Asian Chemical Biology Conference (ACBC2012)
  • Place of Presentation: Okinawa
  • Invited
• [Presentation] 窒素の特性を生かした有機触媒反応の開発 (2012)
  • Author(s): 田中富士枝
  • Organizer: 第43回アステラス病態代謝研究会研究報告会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] エナミン機構に基づく有機分子触媒反応：触媒設計と触媒開発戦略 (2012)
  • Author(s): 田中富士枝
  • Organizer: 第５回有機触媒シンポジウム（兼：文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究（研究領域提案型）」有機分子触媒による未来型分子変換 第２回公開シンポジウム）
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Amino acid-catalyzed reactions of pyruvates: One-pot aldol condensation-Michael addition-cyclization sequence (2012)
  • Author(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Organizer: The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-12)
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Presentation] Amine-catalyzed asymmetric construction of quaternary carbon centers (2012)
  • Author(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Organizer: The Twelfth International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-12)
  • Place of Presentation: Kyoto
• [Remarks] FY2013 Annual Report
  • URL: https://groups.oist.jp/ja/ccbe/fy2013-annual-report
• [Patent(Industrial Property Rights)] Novel spirooxindole derivative and process for producing the same (2013)
  • Inventor(s): Cui, H.-L.; Tanaka, F.
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人沖縄科学技術大学院大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013-10-04
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process for producing dihydro-2H-pyran derivatives (2013)
  • Inventor(s): Chouthaiwale, P. V.; Tanaka, F.
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人沖縄科学技術大学院大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013-10-10
  • Overseas